曹昌權(quán)，劉佳迪，何紅勤

(1.中交第三公路工程局第五工程分公司，北京 100084； 2.天津大學(xué)，天津 300072；3.北京思建新創(chuàng)工程質(zhì)量檢測(cè)有限公司，北京 100025)

0 引言

為響應(yīng)“一帶一路”倡議，我國(guó)越來(lái)越多的企業(yè)參與海外項(xiàng)目建設(shè)[1-3]。由于國(guó)外法律政策、施工規(guī)范等標(biāo)準(zhǔn)和技術(shù)水平要求不同，使海外項(xiàng)目施工管理需要更有效的施工管控和流程控制，以滿足工期和質(zhì)量要求[4-5]。

在BIM技術(shù)支持下，操作人員通過(guò)電子模型完整儲(chǔ)存建筑信息，為該設(shè)施從概念到拆除的全生命周期決策提供可靠依據(jù)。通過(guò)建立BIM模型，實(shí)時(shí)對(duì)超高層建筑工程建設(shè)進(jìn)行三維立體模擬，規(guī)范超高層建筑工程建設(shè)人員的操作行為，更好地控制建設(shè)進(jìn)度和風(fēng)險(xiǎn)，及時(shí)發(fā)現(xiàn)并解決潛在問(wèn)題。通過(guò)可視化三維視圖指導(dǎo)施工，降低工程建設(shè)難度，達(dá)到專業(yè)化施工水平，全面管控超高層建筑施工過(guò)程[6]。最初的BIM技術(shù)主要局限于建筑翻模展示或碰撞檢查，近年來(lái)在施工深化、模型輸出出圖、數(shù)字化施工模擬、施工進(jìn)度跟蹤和智能化調(diào)度方面均發(fā)揮重要作用[7]。

1 工程概況

Havelock City商業(yè)發(fā)展項(xiàng)目位于斯里蘭卡首都科倫坡六區(qū)，地理位置優(yōu)越，占地約19 872m2， 總建筑高度為203.05m，總建筑面積141 092m2， 其中裙樓及地下室建筑面積約63 738m2， 塔樓建筑面積約77 354m2，包括地下2層停車場(chǎng)和地上49層鋼筋混凝土框架-核心筒結(jié)構(gòu)。標(biāo)準(zhǔn)層大跨度梁板采用后張預(yù)應(yīng)力結(jié)構(gòu)(見(jiàn)圖1)。地上6層裙樓(3層為夾層結(jié)構(gòu))為購(gòu)物商場(chǎng)和電影院，施工中涉及大體量的玻璃幕墻安裝和機(jī)電安裝工作?；娱_挖深度為9m，局部開挖深度為12m，為樁筏復(fù)合基礎(chǔ)。

圖1 項(xiàng)目效果

該項(xiàng)目總工期僅36個(gè)月，工期較緊張。項(xiàng)目建設(shè)涉及斯里蘭卡政府及相關(guān)職能部門，對(duì)外協(xié)調(diào)復(fù)雜。施工場(chǎng)地受限，且施工中包括大體量土方開挖、深基坑支護(hù)、基礎(chǔ)大體積混凝土施工、大體量幕墻施工、高支模施工、多標(biāo)準(zhǔn)機(jī)電系統(tǒng)安裝等施工流程，多方面因素導(dǎo)致該項(xiàng)目對(duì)施工效率和多專業(yè)穿插調(diào)度控制要求極高。

2 基于BIM的數(shù)字化施工

施工初期，在統(tǒng)一的坐標(biāo)體系和建模標(biāo)準(zhǔn)下搭建完整的BIM信息模型，并在此基礎(chǔ)上進(jìn)行施工深化設(shè)計(jì)。施工前可在BIM系統(tǒng)中進(jìn)行數(shù)字化施工模擬，以實(shí)現(xiàn)多技術(shù)方案的對(duì)比和經(jīng)濟(jì)性比選。同時(shí)通過(guò)施工深化和施工方案演練查找施工關(guān)鍵技術(shù)問(wèn)題，并提前予以解決。

2.1 基坑支護(hù)方案比選演練

該項(xiàng)目原設(shè)計(jì)基坑支護(hù)方案為型鋼內(nèi)支撐方式，由于工期緊張，施工深化設(shè)計(jì)時(shí)改為預(yù)應(yīng)力錨桿支護(hù)方案，并在基坑支護(hù)前對(duì)錨桿支護(hù)進(jìn)行數(shù)字化演練，以確定方案可行性。

基坑支護(hù)施工模型如圖2所示。通過(guò)建立基坑支護(hù)施工模型并進(jìn)行施工進(jìn)度預(yù)演，確定施工流程和進(jìn)度，有效避免鋼支撐與土方開挖交叉施工。同時(shí)通過(guò)BIM模型對(duì)錨桿位置與周邊地下管線進(jìn)行沖突檢查，以調(diào)整錨索標(biāo)高、角度等。結(jié)合支護(hù)受力驗(yàn)算，避免錨索與周邊建筑物基礎(chǔ)、市政管線發(fā)生沖突。BIM模型能夠可視化地展示地下錨桿施工過(guò)程，打消業(yè)主、周邊居民、當(dāng)?shù)匦姓芾聿块T對(duì)地下空間侵占和基坑支護(hù)安全性方面的質(zhì)疑。

圖2 基坑支護(hù)施工模型

2.2 場(chǎng)地布置方案優(yōu)化

該項(xiàng)目占地面積較小，場(chǎng)地可利用空間有限，總建筑面積大，施工區(qū)域劃分較多，且存在交叉施工現(xiàn)象。在施工平面布置中使用BIM技術(shù)模擬現(xiàn)場(chǎng)施工環(huán)境，結(jié)合不同施工階段、工況先后開展臨時(shí)建筑物、臨時(shí)道路、施工機(jī)械設(shè)備、塔式起重機(jī)、加工棚與材料堆場(chǎng)等布置。對(duì)臨時(shí)設(shè)施、生產(chǎn)操作區(qū)域、大型設(shè)備安裝進(jìn)行3D 模型構(gòu)建，以動(dòng)態(tài)方式進(jìn)行合理化布局，優(yōu)化施工場(chǎng)地布置方案，同時(shí)提高機(jī)械設(shè)備的覆蓋率，降低運(yùn)輸費(fèi)用及材料二次搬運(yùn)成本。對(duì)不同施工流程方案進(jìn)行演練后，最終確定使用4臺(tái)TC6015塔式起重機(jī)，實(shí)現(xiàn)施工現(xiàn)場(chǎng)全覆蓋(見(jiàn)圖3)。

圖3 塔式起重機(jī)布置

施工過(guò)程中應(yīng)實(shí)時(shí)監(jiān)控場(chǎng)地使用和調(diào)度情況。借助BIM 技術(shù)布置施工場(chǎng)地后，通過(guò)協(xié)同平臺(tái)，掃描二維碼管理機(jī)械設(shè)備，可隨時(shí)查看機(jī)械設(shè)備停放、調(diào)配及使用情況，并對(duì)下一步施工流程進(jìn)行動(dòng)態(tài)模擬和調(diào)整，以保障施工有序進(jìn)行。

2.3 3D打印的應(yīng)用及可視化

該項(xiàng)目施工人員技術(shù)水平參差不齊，因此BIM模型的可視化作用尤為重要。塔樓大廳和裙樓中庭涉及2處高支模施工，塔樓大廳除核心筒外均為高支模，其中梁底最大支撐高度為13.1m，邊梁梁底支撐高度為11.8m，樓板厚180mm，板底支撐高度為13.6m。商業(yè)裙樓板底支撐高度達(dá)15.8m，梁底支撐高度為14.6m。為保證高支架搭建質(zhì)量和安全，以及工人操作的正確性，施工前基于BIM模型模擬高支架搭建。構(gòu)件建模及搭建過(guò)程的模擬完全按實(shí)際規(guī)范進(jìn)行，可清晰完整地實(shí)現(xiàn)高支架整體搭建過(guò)程的可視化，指導(dǎo)實(shí)際施工。

為便于施工人員理解復(fù)雜結(jié)構(gòu)的組成，基于BIM模型，對(duì)較復(fù)雜的結(jié)構(gòu)部位提供3D打印(見(jiàn)圖4)。利用BIM模型各項(xiàng)數(shù)據(jù)，打印等比例縮小的塔樓核心筒、標(biāo)準(zhǔn)層實(shí)體模型。通過(guò)提供可視化的模型指導(dǎo)施工，同時(shí)對(duì)比模型與實(shí)物，可實(shí)現(xiàn)數(shù)字化驗(yàn)收與施工質(zhì)量的事后控制。

圖4 3D打印結(jié)構(gòu)模型

2.4 碰撞檢查輔助設(shè)計(jì)優(yōu)化

該項(xiàng)目建筑、結(jié)構(gòu)及機(jī)電設(shè)計(jì)單位不同，設(shè)計(jì)布局并未相互協(xié)調(diào)，因此需進(jìn)行大量施工深化設(shè)計(jì)。應(yīng)用BIM碰撞檢查功能可在深化階段發(fā)現(xiàn)問(wèn)題，并及時(shí)與設(shè)計(jì)相協(xié)調(diào)，反饋給業(yè)主提出解決方案，減少因設(shè)計(jì)沖突導(dǎo)致的工期延誤。

3 基于BIM的施工智能控制

該項(xiàng)目施工存在工作面交叉現(xiàn)象，結(jié)構(gòu)施工中交叉點(diǎn)較多，涉及多專業(yè)且存在移交工作面協(xié)調(diào)問(wèn)題。

3.1 移動(dòng)終端與二維碼信息管理

該項(xiàng)目施工人員外語(yǔ)能力參差不齊，且場(chǎng)地狹窄，為方便人員間的準(zhǔn)確交流，合理安排和利用有限空間，在BIM建模過(guò)程中結(jié)合二維碼信息技術(shù)，將材料信息、施工場(chǎng)地布置、機(jī)械設(shè)備保養(yǎng)記錄、檢修記錄、技術(shù)指標(biāo)等信息進(jìn)行關(guān)聯(lián)，再通過(guò)二維碼系統(tǒng)管理施工。另外可在手機(jī)端查看技術(shù)交底、技術(shù)方案、操作規(guī)程等。本工程中的鋁模板從深化設(shè)計(jì)到生產(chǎn)加工、運(yùn)輸管理、現(xiàn)場(chǎng)拼裝，通過(guò)BIM與二維碼管理技術(shù)進(jìn)行管理與指導(dǎo)，從而避免無(wú)序堆積、安裝錯(cuò)誤等問(wèn)題。

采用BIM5D搭建三端平臺(tái)，實(shí)現(xiàn)現(xiàn)場(chǎng)技術(shù)人員直接通過(guò)數(shù)字化終端內(nèi)的三維模型指導(dǎo)構(gòu)件安裝、模板加工、機(jī)電管線綜合排布等，大大提高工作效率，實(shí)現(xiàn)無(wú)紙化辦公。同時(shí)數(shù)字化終端直接連接集成化BIM信息平臺(tái)，使模型及圖紙變更及時(shí)反饋到施工技術(shù)人員，實(shí)現(xiàn)構(gòu)件、模板等實(shí)時(shí)跟蹤及信息查詢。

3.2 施工進(jìn)度管理中的無(wú)人機(jī)應(yīng)用

該項(xiàng)目與市政外圍標(biāo)段的垂直交叉作業(yè)繁多，在圖紙上很難實(shí)質(zhì)性把控施工進(jìn)度和流程。通過(guò)虛擬優(yōu)化進(jìn)度計(jì)劃，將BIM技術(shù)關(guān)聯(lián)進(jìn)度計(jì)劃與三維模型，可提前模擬施工場(chǎng)景。將Revit所建模型導(dǎo)入TFAS中，關(guān)聯(lián)BIM模型與工程進(jìn)度表，使用TFAS實(shí)現(xiàn)工程進(jìn)度統(tǒng)計(jì)和展示。通過(guò)模型與對(duì)應(yīng)日期，可直觀查看工程進(jìn)展。

為方便了解塔樓施工進(jìn)度，實(shí)時(shí)跟進(jìn)工程整體情況，應(yīng)用BIM平臺(tái)結(jié)合無(wú)人機(jī)拍攝技術(shù)進(jìn)行定期航拍，根據(jù)全景圖了解施工進(jìn)度及臨時(shí)設(shè)施使用狀況。將現(xiàn)場(chǎng)情況與BIM模型進(jìn)度計(jì)劃進(jìn)行對(duì)比，以優(yōu)化施工進(jìn)度及方案。

3.3 資源核算與造價(jià)管理

傳統(tǒng)造價(jià)管理無(wú)法與項(xiàng)目施工過(guò)程進(jìn)行實(shí)時(shí)鏈接，造價(jià)管理時(shí)效性較差。總承包建設(shè)方在造價(jià)管理中利用BIM模型快速提取工程量，以輔助商務(wù)部門進(jìn)行結(jié)算。

如在鋼筋算量方面，在BIM模型中確定鋼筋配置后，可通過(guò)軟件計(jì)算鋼筋設(shè)計(jì)用量，同時(shí)預(yù)估鋼筋實(shí)際用量。同時(shí)，施工過(guò)程中也可對(duì)比實(shí)際鋼筋用量，從而得知模型計(jì)算結(jié)果與實(shí)際的關(guān)系，分析現(xiàn)場(chǎng)鋼筋損耗狀況，以控制分包鋼筋使用，避免浪費(fèi)及虛報(bào)。在混凝土算量方面，通過(guò)混凝土模型可知混凝土設(shè)計(jì)需求量，再對(duì)比工程師的現(xiàn)場(chǎng)計(jì)算量及混凝土最終澆筑量，可分析是否存在分包浪費(fèi)混凝土或混凝土供應(yīng)商偷方的現(xiàn)象。

造價(jià)管理中結(jié)合造價(jià)信息和BIM模型，可實(shí)現(xiàn)模型與工程量同步變化。用BIM模型統(tǒng)計(jì)實(shí)物量時(shí)，可即刻自動(dòng)統(tǒng)計(jì)和獲取所需的模型實(shí)物量，并縮短結(jié)算時(shí)間。

3.4 危險(xiǎn)源與安全管理

當(dāng)各標(biāo)段對(duì)各施工區(qū)域的危險(xiǎn)源較模糊時(shí)，通過(guò)BIM技術(shù)可及時(shí)輔助發(fā)現(xiàn)危險(xiǎn)源?；诩葿IM模型，總承包建設(shè)方可協(xié)助各標(biāo)段分析安全死角，對(duì)局部存在較大安全隱患的部位、臨時(shí)配電點(diǎn)配置完善的消防措施。在BIM系統(tǒng)中根據(jù)建筑模型開展火災(zāi)逃生仿真，從而在火災(zāi)逃生路線上針對(duì)性地布置臨時(shí)消防裝置，保證人員安全撤離現(xiàn)場(chǎng)，減少材料損失和人員傷亡。

總承包建設(shè)方在BIM模型中配合安全管理與進(jìn)度控制，在動(dòng)火作業(yè)前明確當(dāng)日動(dòng)火作業(yè)的層面，把握實(shí)時(shí)狀態(tài)下各工作接口動(dòng)火作業(yè)點(diǎn)的分布，并嚴(yán)格管控施工現(xiàn)場(chǎng)動(dòng)火證開具的數(shù)目、期限等。

基于BIM模型，對(duì)管理人員進(jìn)行防護(hù)設(shè)施模型布置可視化交底，確保管理人員理解布置內(nèi)容。利用模型三維標(biāo)準(zhǔn)化設(shè)計(jì)及可視化布置，提高對(duì)勞務(wù)人員的交底質(zhì)量及效率，保證現(xiàn)場(chǎng)布置與設(shè)計(jì)方案一致。

4 結(jié)語(yǔ)

在項(xiàng)目管理環(huán)節(jié)，施工企業(yè)往往難以有效應(yīng)對(duì)各項(xiàng)管理工作，尤其是海外超高層項(xiàng)目，施工交接面多、施工進(jìn)程易受不同地域文化和技術(shù)水平影響。在BIM技術(shù)的支持下，模型可相互關(guān)聯(lián)和識(shí)別，通過(guò)多維度信息模型實(shí)現(xiàn)整個(gè)施工進(jìn)程的智能化調(diào)度與控制。BIM模型通過(guò)結(jié)合二維碼管理技術(shù)、無(wú)人機(jī)拍攝技術(shù)，實(shí)現(xiàn)施工進(jìn)度及信息管理的實(shí)時(shí)更新及快速傳遞。通過(guò)引入3D打印及數(shù)字化建造技術(shù)使業(yè)主及各專業(yè)施工管理人員進(jìn)行快速溝通?；贐IM平臺(tái)的虛擬演練及智能化設(shè)計(jì)和出圖等功能，可輔助優(yōu)化施工方案，實(shí)現(xiàn)整個(gè)施工流程的高效控制和合理調(diào)度。